(57)【要約】【課題】磁石モータ制御装置において、磁石の温度を測定することなく磁石の温度変動の影響を補正可能とすること。【解決手段】電流指令演算部２６に具備されるオブザーバ２７は、ｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、ｑ軸モニタ電圧に基づいて磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸オブザーバ電圧を推定する。また、電流指令演算部２６は、ｄ軸モニタ電流、ｑ軸モニタ電流、ｑ軸モニタ電圧、回転速度、トルク指令およびオブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧に基づいてｑ軸電流指令値およびｄ軸電流指令値を演算して出力する。また、電圧指令演算部は、ｑ軸電流指令値とｑ軸電流偏差およびｄ軸電流指令値とｄ軸電流偏差に基づいて磁石モータを制御するための制御指令電圧を生成出力する。なお、上記処理が行われる際、電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧とｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正される。【選択図】        図１
2007135345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、
前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記磁石モータへの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
前記磁石モータの回転角を検出する回転角センサと、
前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記回転角センサが検出した回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第１の座標変換手段と、
前記電圧検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電圧を前記回転角センサが検出した回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第２の座標変換手段と、
前記回転角センサが検出した回転角に基づいて前記磁石モータの回転速度を検出する速度検出手段と、
前記第１の座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧、前記速度検出手段から出力される回転速度ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電圧および該回転速度の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧を推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、
前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、
を備え、
前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正されることを特徴とする磁石モータ制御装置。
【請求項２】
ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、
前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記磁石モータへの印加電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第１の座標変換手段と、
前記電圧検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電圧を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第２の座標変換手段と、
前記第１の座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流および該ｑ軸モニタ電圧の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧ならびに前記磁石モータの回転角および回転速度を推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧ならびに回転角および回転速度の各情報に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、
前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、
を備え、
前記第１、第２の座標変換手段の座標変換処理に必要な前記磁石モータの回転角の情報として、前記オブザーバが推定した回転角の情報が使用され、
前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正されることを特徴とする磁石モータ制御装置。
【請求項３】
前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記オブザーバは、前記温度センサが検出した巻線温度情報に基づいて自身が出力するｑ軸オブザーバ電圧を補正することを特徴とする請求項２に記載の磁石モータ制御装置。
【請求項４】
前記電流指令演算部は、前記ｑ軸モニタ電流および前記ｄ軸モニタ電流の大小に応じた前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線のインダクタンスの補正値を格納する補正テーブルをさらに具備し、
前記オブザーバは、前記補正テーブルに基づいて自身が出力するｑ軸オブザーバ電圧を補正することを特徴とする請求項２または３に記載の磁石モータ制御装置。
【請求項５】
ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、
前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線の温度を検出する温度センサと、
前記磁石モータの回転角を検出する回転角センサと、
前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する座標変換手段と、
前記座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記速度検出手段から出力される回転速度、前記温度検出手段から出力される巻線温度、前記磁石モータを制御するためのｑ軸方向の電圧指令値であるｑ軸電圧指令値ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流および該回転速度の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、
前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、
を備え、
前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧が、前記温度センサが検出した巻線温度情報に基づいて補正され、
前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記電圧指令演算部から出力されるｑ軸電圧指令値とに基づいて補正されることを特徴とする磁石モータ制御装置。
【請求項６】
前記インバータに直流出力を供給する直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、
前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値のそれぞれが、前記電圧検出手段から出力されるモニタ電圧に基づいて補正されることを特徴とする請求項５に記載の磁石モータ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁石モータを制御する磁石モータ制御装置に関するものであり、特に、磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
インバータなどの駆動装置で制御される磁石モータは、同期モータや、ＡＣサーボモータをはじめ、最近では、高効率モータとして汎用的に用いられるようになってきた。特に、磁石モータは、弱め界磁制御を行うことができ、この手法を利用した定出力運転も盛んに行われている。
【０００３】
ここで、「弱め界磁制御」と呼ばれる制御手法について簡単に説明する。例えば、磁石モータでは、高速回転領域では回転子（ロータ：磁石）の回転により、固定子（ステータ)巻線に速度起電力が誘起され、この速度起電力とインバータ駆動電圧とがバランスするところで、最高回転数が決定される。一方、最高回転数をさらに高めるには、この速度起電力を減少させることが必要となり、例えば、モータ駆動電流をさらに増加させるなどして、磁石の磁束を等価的に低減することが行われる。このような、固定子巻線に誘起される速度起電力を減少させるための種々の手法を総称して、「弱め界磁制御」と呼んでいる。
【０００４】
ところで、一般的に、モータの連続出力は、温度に依存する。したがって、同一冷却条件かつ同一出力条件の元では、モータに流す電流を減少させることができれば、損失を低減することができ、また、連続出力を増大させることができる。
【０００５】
なお、モータの温度上昇に追従しながら弱め界磁制御を行う技術を開示するものとして、例えば、下記特許文献１〜３にその一例が示されている。
【０００６】
【特許文献１】特許第３５６７７７０号明細書
【特許文献２】特開２００４−１５８９１号公報
【特許文献３】特開２００２−９５３００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１は、温度センサ情報を用いて温度の補正を行う試みをしているが、実際に計測できる温度は磁石の温度ではなく、界磁巻線や、固定子巻線の温度であるため、正確な補正ができないといった問題点があった。なお、現実的な問題として、磁石の温度を正確に測定することは困難であり、他の特許文献（例えば特許文献３）においても、計測した巻線の温度が磁石の温度にほぼ等しいものとみなして処理を行っている。
【０００８】
また、磁石には、使用を繰り返すうちに、磁石そのものの磁力が低下するといった減磁作用が存在するが、上記特許文献１では、この減磁作用の影響を補正することができないといった問題点があった。
【０００９】
一方、上記特許文献２は、磁石電動機の電圧方程式に基づいて、速度および磁束を計算することで、磁束に応じた補正を行う試みをしているが、電圧方程式に用いる電動機の定数が実際の値と異なった場合に、その変動成分がそのまま磁束演算の誤差となり、正確な補正ができないといった問題点があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、磁石の温度を測定することなく磁石の温度変動の影響を補正可能な磁石モータ制御装置を提供することを目的とする。また、磁石の減磁作用などの経時変動の影響を補正可能な磁石モータ制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明による磁石モータ制御装置は、ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記磁石モータへの印加電圧を検出する電圧検出手段と、前記磁石モータの回転角を検出する回転角センサと、前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記回転角センサが検出した回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第１の座標変換手段と、前記電圧検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電圧を前記回転角センサが検出した回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第２の座標変換手段と、前記回転角センサが検出した回転角に基づいて前記磁石モータの回転速度を検出する速度検出手段と、前記第１の座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧、前記速度検出手段から出力される回転速度ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電圧および該回転速度の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧を推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、を備え、前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正されることを特徴とするものである。
【００１２】
この発明では、理想的な運転状態からの変動成分をオブザーバの出力を基準として算出しているので、例えば磁石の温度変化による磁束の変化のみならず、減磁作用等による磁束の変化や、巻線の温度変化による巻線インダクタンスの変化等も、オブザーバの出力からの変動成分として、ｄ軸電流指令値に組み込むことができ、その結果、磁石の温度を直接測定することなく、磁石の温度変化や減磁作用等による磁束の変化、および巻線の温度変化による巻線インダクタンスの変化等の影響を考慮した弱め界磁制御を行うことができる。
【００１３】
つぎの発明による磁石モータ制御装置は、ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記磁石モータへの印加電圧を検出する電圧検出手段と、前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第１の座標変換手段と、前記電圧検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電圧を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する第２の座標変換手段と、前記第１の座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流および該ｑ軸モニタ電圧の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧ならびに前記磁石モータの回転角および回転速度を推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧ならびに回転角および回転速度の各情報に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、を備え、前記第１、第２の座標変換手段の座標変換処理に必要な前記磁石モータの回転角の情報として、前記オブザーバが推定した回転角の情報が使用され、前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正されることを特徴とする。
【００１４】
この発明では、第２の座標変換手段の座標変換処理に必要な磁石モータの回転角の情報として、オブザーバが推定した回転角の情報を使用するようにしているので、磁石モータの回転角を検出する手段が不要となり、装置の構成を簡素化することができる。
【００１５】
つぎの発明による磁石モータ制御装置は、前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記オブザーバは、前記温度センサが検出した巻線温度情報に基づいて自身が出力するｑ軸オブザーバ電圧を補正することを特徴とする。
【００１６】
この発明では、温度センサが検出した巻線温度の情報に基づいてオブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧が補正されるので、磁石モータの出力が安定化され、特に始動時の安定性が向上する。
【００１７】
つぎの発明による磁石モータ制御装置は、前記電流指令演算部は、前記ｑ軸モニタ電流および前記ｄ軸モニタ電流の大小に応じた前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線のインダクタンスの補正値を格納する補正テーブルをさらに具備し、前記オブザーバは、前記補正テーブルに基づいて自身が出力するｑ軸オブザーバ電圧を補正することを特徴とする。
【００１８】
この発明では、補正テーブルには、ｑ軸、ｄ軸の各モニタ電流の大小に応じて弱め界磁の制御対象となる巻線のインダクタンスの補正値が格納されるとともに、オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧が、この補正テーブルに基づいて補正されるので、ｑ軸オブザーバ電圧の精度が向上し、磁石モータの出力がさらに安定化する。
【００１９】
つぎの発明による磁石モータ制御装置は、ＰＷＭ信号を生成出力するＰＷＭ信号生成部と該ＰＷＭ信号に基づいて磁石モータを駆動するインバータとを具備し、該磁石モータを弱め界磁制御にて制御する磁石モータ制御装置において、前記磁石モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、前記磁石モータの界磁巻線または固定子巻線の温度を検出する温度センサと、前記磁石モータの回転角を検出する回転角センサと、前記電流検出手段が検出したＵＶＷ三相静止座標系における検出電流を前記磁石モータの回転角に基づいてｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する座標変換手段と、前記座標変換手段から出力されるｄ軸モニタ電流およびｑ軸モニタ電流、前記速度検出手段から出力される回転速度、前記温度検出手段から出力される巻線温度、前記磁石モータを制御するためのｑ軸方向の電圧指令値であるｑ軸電圧指令値ならびに外部からのトルク指令がそれぞれ入力されるとともに、該ｄ軸モニタ電流、該ｑ軸モニタ電流および該回転速度の各情報に基づいて前記磁石モータの等価モデルにおけるｑ軸方向の推定電圧であるｑ軸オブザーバ電圧推定するオブザーバが具備され、自身への入力情報と該オブザーバが出力するｑ軸オブザーバ電圧に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値を演算して出力する電流指令演算部と、前記ｑ軸電流指令値と前記ｑ軸モニタ電流との偏差出力であるｑ軸電流偏差および前記ｄ軸電流指令値と前記ｄ軸モニタ電流との偏差出力であるｄ軸電流偏差に基づいて、前記磁石モータを制御するための制御指令電圧としてのＵ相電圧指令値、Ｖ相電圧指令値およびＷ相電圧指令値をそれぞれ演算して前記ＰＷＭ信号生成部に出力する電圧指令演算部と、を備え、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧が、前記温度センサが検出した巻線温度情報に基づいて補正され、前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、前記オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と前記電圧指令演算部から出力されるｑ軸電圧指令値とに基づいて補正されることを特徴とする。
【００２０】
この発明では、電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値を、オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と電圧指令演算部から出力されるｑ軸電圧指令値とに基づいて補正するようにしているので、磁石モータへの印加電圧をモニタする手段を省略することができる。また、当該モニタ手段を不要としているので、装置の構成を簡素化することができる。
【００２１】
つぎの発明による磁石モータ制御装置は、前記インバータに直流出力を供給する直流電源の出力電圧を検出する電圧検出手段をさらに備え、前記電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値のそれぞれが、前記電圧検出手段から出力されるモニタ電圧に基づいて補正されることを特徴とする。
【００２２】
この発明では、インバータに実際に供給されている電圧に基づいて電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値およびｑ軸電流指令値を補正するようにしているので、実際の運転状態に近い形での出力制御が可能となり、制御精度を向上させることができる。また、磁石モータへの印加電圧をモニタする手段を省略することができるので、装置の構成を簡素化することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明による磁石モータ制御装置によれば、電流指令演算部から出力されるｄ軸電流指令値が、オブザーバから出力されるｑ軸オブザーバ電圧と第２の座標変換手段から出力されるｑ軸モニタ電圧とに基づいて補正されるので、磁石の温度を測定することなく磁石の温度変動の影響を補正することができるとともに、磁石の減磁作用などの経時変動の影響をも補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、下記実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施の形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の実施例１にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。同図において、磁石モータ（以下「ＰＭモータ」と表記）１０が存在し、このＰＭモータ１０を制御するための構成として、インバータ１５、直流電源１６、ＰＷＭ信号生成部４０、電圧指令演算部２８、減算器３０，３１、電流指令演算部２６、速度検出部２４および２相変換／ｄｑ変換部２１，２２を備えている。また、その細部構成として、電圧指令演算部２８は、ＰＩ調節器３２，３３およびｄｑ逆変換／３相変換部３５を備え、電流指令演算部２６は、オブザーバ２７を備えている。さらに、ＰＭモータ１０の各種情報を測定するための構成として、回転角センサ１２、電圧センサ１３および電流センサ１４を備えている。なお、ＰＭモータ１０を除くこれらの各構成部が、実施例１にかかる磁石モータ制御装置として機能する。
【００２６】
つぎに、図１に示す磁石モータ制御装置全般の動作について説明する。同図において、直流電源１６は、インバータ１５に直流出力を供給する。また、インバータ１５は、ＰＭモータ１０に所定の交流出力（３相交流電流）を供給する。回転角センサ１２は、ＰＭモータ１０に接続され、ＰＭモータ１０の回転角θを検出する。電圧センサ１３は、インバータ１５がＰＭモータ１０の各相に印加する印加電圧（相電圧）をそれぞれモニタする。電流センサ１４は、インバータ１５の各相に流れる電流をそれぞれモニタする。２相変換／ｄｑ変換部２１，２２は、ＵＶＷ三相静止座標系の出力値を、αβ直交二軸静止座標系への変換処理を介して、ｄｑ直交２軸回転座標系の出力値に変換する処理を行う。具体的に、２相変換／ｄｑ変換部２１は、回転角センサ１２から出力される回転角θを考慮し、電流センサ１４がモニタしたＵＶＷの各相におけるモニタ電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）からｑ軸方向（速度起電力の方向ベクトルと同方向）の電流成分であるｑ軸モニタ電流Ｉｑおよびｑ軸に対し９０度遅れたｄ軸方向の電流成分であるｄ軸モニタ電流Ｉｄを演算して出力する。また、２相変換／ｄｑ変換部２２は、回転角センサ１２から出力される回転角θを考慮し、電流センサ１４がモニタしたモニタ電圧（Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ（線間電圧でも可））からｑ軸方向の電圧モニタ成分であるｑ軸モニタ電圧Ｖｑのみを演算して出力する。速度検出部２４は、回転角センサ１２が検出した位置情報を用いてＰＭモータ１０の角速度ωを算出して出力する。
【００２７】
また、電流指令演算部２６は、トルク指令Ｔ*に基づいてｑ軸方向の電流指令値であるｑ軸電流指令値Ｉｑ*およびｄ軸方向の電流指令値であるｄ軸電流指令値Ｉｄ*を演算して出力する。なお、電流指令演算部２６に具備されるオブザーバ２７には、ｑ軸モニタ電流Ｉｑ、ｄ軸モニタ電流Ｉｄ、ｑ軸モニタ電圧Ｖｑおよび角速度ωが入力され、電流指令演算部２６が出力するｑ軸電流指令値Ｉｑ*およびｄ軸電流指令値Ｉｄ*の各演算に際し、オブザーバ２７の出力が基準出力として用いられる。電圧指令演算部２８は、減算器３０から出力されるｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸モニタ電流Ｉｑとの偏差出力であるｑ軸電流偏差ΔＩｑおよび減算器３１から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸モニタ電流Ｉｄとの偏差出力であるｄ軸電流偏差ΔＩｄに基づいて、ＰＭモータ１０を制御するための制御指令電圧としてＵ相電圧指令値Ｖｕ*，Ｖ相電圧指令値Ｖｖ*およびＷ相電圧指令値Ｖｗ*を演算して出力する。すなわち、電圧指令演算部２８は、ｑ軸電流偏差およびｄ軸電流偏差がそれぞれ入力され、これらのｄｑ直交２軸回転座標系における電流偏差出力をＵＶＷ三相静止座標系における電圧指令値（Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*）に変換する処理を行う。なお、電圧指令演算部２８には、所定の比例演算・積分演算の各処理を行うＰＩ調節器３２，３３が具備され、ＰＩ調節器３２は、入力されるｑ軸電流偏差ΔＩｑが０に収束するように自身の出力（ｄ軸電圧指令値Ｖｄ*）を調節し、ＰＩ調節器３３は、入力されるｄ軸電流偏差ΔＩｄが０に収束するように自身の出力（ｑ軸電圧指令値Ｖｑ*）を調節する。ＰＷＭ信号生成部４０は、入力された電圧指令値（Ｖｕ*，Ｖｖ*，Ｖｗ*）に基づいて、インバータ１５に具備されるスイッチング素子に付与するＰＷＭ信号を生成出力する。
【００２８】
続いて、本発明のポイントとなる、電流指令演算部２６およびオブザーバ２７の動作について説明する。電流指令演算部２６に具備されるオブザーバ２７には、制御対象であるＰＭモータ１０がモデル化されている。このオブザーバ２７は、入力された各種情報に基づいてＰＭモータ１０に対する印加電圧のｑ軸電流成分を推定する。なお、ＰＭモータ１０のモデル化には、ｄｑ直交２軸回転座標系における電圧方程式が用いられ、その一般式は次式で与えられる。
【００２９】
Ｖｄ’＝（Ｒ＋ｐＬｄ）・Ｉｄ−（ω・Ｌｑ）・Ｉｑ                ・・・（１）
Ｖｑ’＝（ω・Ｌｄ）・Ｉｄ−（Ｒ＋ｐＬｑ）・Ｉｑ＋ＫＥ・ｅｍ    ・・・（２）
【００３０】
ここで、上記（１），（２）式における記号の意味は、つぎのとおりである。
Ｖｄ’：ｄ軸オブザーバ電圧（Ｖ）
Ｖｑ’：ｑ軸オブザーバ電圧（Ｖ）
Ｒ：巻線１相あたりの抵抗値（Ω）
ω：回転速度の推定値（ｒａｄ／ｓ）
ｅｍ：推定速度起電力（Ｖ）
Ｌｄ：ｄ軸インダクタンス（Ｈ）
Ｌｑ：ｑ軸インダクタンス（Ｈ）
Ｉｄ：ｄ軸電流（Ａ）
Ｉｑ：ｑ軸電流（Ａ）
ＫＥ：速度起電力定数（Ｖ／(ｒａｄ／ｓ)）
ｐ：微分演算子
【００３１】
ところで、弱め界磁制御が必要とされる高速回転領域において、速度起電力の影響を支配的に受けるのは、速度起電力ベクトルと同方向のｑ軸である。そこで、本発明のオブザーバ２７は、上記（２）式のみを使用して、ｑ軸オブザーバ電圧のみを推定する。
【００３２】
いま、ＰＭモータ１０が理想的な状態で運転され、またＰＭモータ１０の磁石ロータにおける減磁作用等の影響もないと仮定したときの電流指令演算部２６の出力をＩｄ０*とする。すなわち、この理想的な状態では、電流指令演算部２６から出力されるｄ軸電流指令値Ｉｄ*と、上記Ｉｄ０*との間には、次式の関係が存在する。
【００３３】
Ｉｄ*＝Ｉｄ０*                                                ・・・（３）
【００３４】
一方、ＰＭモータ１０の運転状態が理想的な状態から外れた場合、その変動成分をＰＭモータ１０における磁束の変化と見なすものとすれば、その変動成分を補正するためのｄ軸電流指令補正値として、上記（３）式のＩｄ*の補正に使用することができる。いま、このｄ軸電流指令補正値をδＩｄと表せば、補正後のｄ軸電流指令値Ｉｄ*は、次式で表すことができる。
【００３５】
Ｉｄ*＝Ｉｄ０*＋δＩｄ                                        ・・・（４）
【００３６】
また、電流指令演算部２６は、オブザーバ２７の出力であり、上記（２）式で示されるＶｑ’と２相変換／ｄｑ変換部２２から出力されるｑ軸モニタ電圧Ｖｑとに対して所定の比例・積分演算（ＰＩ演算）を行うことにより、上記（４）式におけるδＩｄを算出する。なお、ＰＩ演算における比例定数をｋｐとし、積分定数をｋｉとすれば、ｄ軸電流指令補正値δＩｄは、ラプラス演算子ｓを用いて次式で表すことができる。
【００３７】
δＩｄ＝（ｋｐ＋ｋｉ／ｓ）・（Ｖｑ’−Ｖｑ）                  ・・・（５）
【００３８】
上述のように、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、自身の内部に電流制御ループが構成され、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*とｑ軸モニタ電流Ｉｑとの偏差出力であるｑ軸電流偏差ΔＩｑおよびｄ軸電流指令値Ｉｄ*とｄ軸モニタ電流Ｉｄとの偏差出力であるｄ軸電流偏差ΔＩｄのそれぞれを０とするような電流制御ループが構成されているので、例えばＰＭモータ１０の温度があまり高くない場合や、ロータ磁石の減磁作用等が存在しない場合において、ＰＭモータ１０を理想的な運転状態下に置くことができる。
【００３９】
また、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、理想的な運転状態からの変動成分をオブザーバの出力を基準として算出しているので、例えばロータ磁石の温度変化による磁束の変化のみならず、減磁作用等による磁束の変化や、巻線の温度変化による巻線インダクタンスの変化等も、オブザーバの出力からの変動成分として、ｄ軸電流指令値に組み込むことができ、その結果、ロータ磁石の温度を直接測定することなく、ロータ磁石の温度変化や減磁作用等による磁束の変化、および巻線の温度変化による巻線インダクタンスの変化等の影響を考慮した弱め界磁制御を行うことができる。
【００４０】
さらに、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、電圧指令演算部に出力する電流指令値に対する補正値（電流指令補正値）として、速度起電力の影響を支配的に受けるｑ軸方向のオブザーバ電圧のみを算出するようにしているので、演算処理が簡素化され、ＣＰＵに対する負荷を軽減することができる。
【実施例２】
【００４１】
図２は、本発明の実施例２にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記実施例１にかかる磁石モータ制御装置と略同一の構成であるが、実施例２は、一部の構成に、センサレス技術を適用するものである。具体的に、図２に示す磁石モータ制御装置では、図１の構成から回転角センサ１２が取り除かれ、回転角センサ１２から出力されていた回転角θの情報をオブザーバ２７から出力するように構成している点が相違する。なお、その他の構成は実施例１と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して示している。
【００４２】
図２において、オブザーバ２７は、例えば上記特許文献２などに示される公知の手段（フィードバック制御ループ、ＰＩ演算処理等）を用いて構成され、ｑ軸モニタ電流Ｉｑ、ｄ軸モニタ電流Ｉｄおよびｑ軸モニタ電圧Ｖｑの各入力情報に基づいて、ＰＭモータ１０を構成するロータ磁石の回転角θの情報を推定するとともに、当該回転角θの情報を２相変換／ｄｑ変換部２１，２２に出力する。その結果、本実施例にかかる磁石モータ制御装置では、実施例１にかかる磁石モータ制御装置と同様な処理が行われることとなり、ロータ磁石の温度を直接測定することなく、磁石の温度変化や減磁作用等による磁束の変化、および巻線の温度変化による巻線インダクタンスの変化等の影響を考慮した弱め界磁制御を行うことができる。
【００４３】
なお、この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記のように、ロータ磁石の回転角を検出する手段を不要としているので、磁石モータ制御装置の構成を簡素化することができる。
【実施例３】
【００４４】
図３は、本発明の実施例３にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記実施例１にかかる磁石モータ制御装置と略同一の構成であるが、ＰＭモータ１０を構成する界磁巻線や固定子巻線の温度（以下「巻線温度」という）を検出する温度センサ１１をさらに備え、温度センサ１１が検出した温度情報を電流指令演算部２６に出力するように構成している点が相違する。なお、その他の構成は実施例１と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して示している。
【００４５】
図３において、電流指令演算部２６のオブザーバ２７は、上記（２）式の電圧方程式に含まれるパラメータのうち、例えば巻線のインダクタンスＬｄ，Ｌｑに関し、当初、所定の基準温度に基づいて算出されたインダクタンス値を使用する。一方、温度センサ１１は、巻線温度を検出し、その検出温度Ｔｆｃをオブザーバ２７に出力する。オブザーバ２７は、入力された巻線の検出温度Ｔｆｃと巻線の基準温度との偏差に基づいて、自身の出力であるｑ軸オブザーバ電圧Ｖｑ’を補正する。なお、その他の動作については、実施例１にかかる磁石モータ制御装置の動作と同様であり、その説明を省略する。
【００４６】
上記のように、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、オブザーバ２７の出力であるｑ軸オブザーバ電圧Ｖｑ’が実際に計測された巻線温度を用いて補正されるので、オブザーバ２７の出力の精度が向上する。その結果、ＰＭモータ１０の出力が安定化し、特に始動時の安定性が向上する。
【００４７】
なお、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、温度センサを備える構成を実施例１に適用する場合について示したが、この温度センサを実施例２に適用することも可能であり、この場合、本実施例の効果に加えて実施例２の効果も得ることができる。
【実施例４】
【００４８】
図４は、本発明の実施例４にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記実施例３にかかる磁石モータ制御装置と略同一の構成であるが、電流指令演算部２６内に上記（２）式の電圧方程式に含まれるパラメータを補正するための補正テーブル５０をさらに備えている点が相違する。なお、その他の構成は実施例３と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して示している。
【００４９】
図４において、電流指令演算部２６の補正テーブル５０には、例えば計測電流（ｑ軸モニタ電流Ｉｑ，ｄ軸モニタ電流Ｉｄ）の大小に応じた巻線のインダクタンスＬｄ，Ｌｑに関する補正値（あるいは修正値）が格納されている。実施例３では、巻線のインダクタンスは、巻線温度によって変化することについて説明したが、この要素以外にも巻線に流れる電流によっても変化する。例えば、巻線に流れる電流の増加に対し巻線の鎖交磁束の増加が比例しない飽和領域では、インダクタンスも磁束の飽和の影響を受けることになる。このような場合、補正テーブル５０を用いてより正確なインダクタンスを算出するようにすれば、オブザーバ２７の出力精度を向上させることができる。その結果、ＰＭモータ１０の出力をさらに安定化することができる。
【００５０】
なお、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、電流指令演算部に補正テーブルを備える構成を実施例３に適用する場合について示したが、この構成を実施例１，２のそれぞれに適用することも可能であり、これらの場合、本実施例の効果に加えて実施例１，２に固有な効果をも得ることができる。
【実施例５】
【００５１】
図５は、本発明の実施例５にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記実施例１にかかる磁石モータ制御装置と略同一の構成であるが、図１の構成から２相変換／ｄｑ変換部２１が取り除かれ、電流指令演算部２６に入力されていたｑ軸モニタ電圧Ｖｑに代えて、電圧指令演算部２８のＰＩ調節器３３からｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を出力するように構成している点が相違する。なお、その他の構成は実施例１と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して示している。
【００５２】
図５に示すように、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、電圧指令演算部２８のＰＩ調節器３３の出力であるｑ軸電圧指令値Ｖｑ*が電流指令演算部２６に入力される。電流指令演算部２６は、入力されたｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を、実施例１におけるｑ軸モニタ電圧Ｖｑと見なしてｑ軸オブザーバ電圧を推定する。なお、その他の動作については、実施例１にかかる磁石モータ制御装置の動作と同様であり、その説明を省略する。
【００５３】
上記のように、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、ＰＭモータ１０における実際の計測電圧を用いずに、ＰＭモータ１０に対する指令電圧を用いてｄ軸電流指令補正値が算出される。しかしながら、ＰＭモータ１０に対する指令電圧が既知であれば、例えばインバータ１５に対する電圧指令情報や、ＰＷＭ制御信号のデューティ情報を用いることで、実際の計測を行うことなく、計測電圧と同等の情報を得ることができる。
【００５４】
また、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、出力電圧を計測する手段を不要としているので、磁石モータ制御装置の構成を簡素化することができる。
【００５５】
なお、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、ｑ軸モニタ電圧Ｖｑに代えてｑ軸電圧指令値Ｖｑ*を電流指令演算部に出力する構成を実施例１に適用する場合について示したが、この構成を実施例２〜４のそれぞれに適用することも可能であり、これらの場合、本実施例の効果に加えて実施例２〜４に固有な効果をも得ることができる。
【実施例６】
【００５６】
図６は、本発明の実施例６にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。この実施例にかかる磁石モータ制御装置は、上記実施例５にかかる磁石モータ制御装置と略同一の構成であるが、インバータ１５に直流出力を供給している直流電源１６の出力電圧をモニタする電圧センサ４２と、電圧センサ４２が検出した直流電源１６の電圧情報Ｖｒを電流指令演算部２６に供給する電源電圧検出部４３と、をさらに備えるように構成している点が相違する。なお、その他の構成は実施例５と同様であり、同一の構成要素には同一の符号を付して示している。
【００５７】
図５に示した実施例５にかかる磁石モータ制御装置では、例えばインバータ１５に対する電圧指令情報や、ＰＷＭ制御信号のデューティ情報を用いることで、実際の計測を行うことなく、計測電圧と同等の情報を得るようにしていた。しかしながら、インバータ１５に直流出力を供給する直流電源１６の電圧が変動すると、たとえ、電圧指令情報や、デューティ情報が同一であったとしても、インバータ１５の出力も変動する。そこで、図６に示す本実施例では、インバータ１５に直流出力を供給する直流電源１６の電圧を測定する手段を付加するようにしている。
【００５８】
図６において、電圧センサ４２が検出した電圧情報Ｖｒが電源電圧検出部４３を介して電流指令演算部２６に入力される。電流指令演算部２６は、入力された電圧情報Ｖｒに応じて、自身が出力するｄ軸電流指令値Ｉｄ*、ｑ軸電流指令値Ｉｑ*に補正を加える。なお、その他の動作については、実施例１にかかる磁石モータ制御装置の動作と同様であり、その説明を省略する。
【００５９】
上記のように、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、インバータ１５の電源電圧を監視する構成が付加され、この監視情報に基づいて電圧指令演算部２８への各電流指令値を補正するようにしているので、実際の運転状態に近い形での出力制御が可能となり、制御精度を向上させることができる。また、出力電圧の計測手段を省略することができるので、磁石モータ制御装置の構成を簡素化することができる。
【００６０】
なお、この実施例にかかる磁石モータ制御装置では、インバータ１５の電源電圧を監視する構成を実施例５に適用する場合について示したが、この構成を実施例１〜４のそれぞれに適用することも可能であり、これらの場合、本実施例の効果に加えて実施例１〜４に固有な効果をも得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明にかかる磁石モータ制御装置は、磁石モータを弱め界磁制御にて制御する制御装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図２】本発明の実施例２にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図３】本発明の実施例３にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図４】本発明の実施例４にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図５】本発明の実施例５にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【図６】本発明の実施例６にかかる磁石モータ制御装置の制御ブロックを示す図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  ＰＭモータ
１１  温度センサ
１２  回転角センサ
１３  電圧センサ
１４  電流センサ
１５  インバータ
１６  直流電源
２１，２２  ２相変換／ｄｑ変換部
２４  速度検出部
２６  電流指令演算部
２７  オブザーバ
２８  電圧指令演算部
３０，３１  減算器
３２，３３  ＰＩ調節器
３５  ｄｑ逆変換／３相変換部
４０  ＰＷＭ信号生成部
４２  電圧センサ
４３  電源電圧検出部
５０  補正テーブル
【図１】
2007135345.tif 000003
【図２】
2007135345.tif 000004
【図３】
2007135345.tif 000005
【図４】
2007135345.tif 000006
【図５】
2007135345.tif 000007
【図６】
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